【手続補正書】
【提出日】平成18年10月13日(2006.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  電気湯沸かし器
【特許請求の範囲】
【請求項１】  液体を収容する容器と、容器内の液体を排出する電動ポンプと、前記電動ポンプの排出口に接続した導出経路とを有し、前記電動ポンプは永久磁石を有するインペラと、複数のコイルを有する回転磁界発生手段とを有するとともに、前記回転磁界発生手段を駆動するインバータと前記インバータを構成する複数のスイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を有し、前記制御手段は起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させ、制御手段は、起動時にインバータの出力周波数を所定値に設定し、前記インバータの出力周波数の増加速度をほぼ一定にして目標周波数まで増加させる電気湯沸かし器。
【請求項２】  液体を収容する容器と、容器内の液体を排出する電動ポンプと、前記電動ポンプの排出口に接続した導出経路とを有し、前記電動ポンプは永久磁石を有するインペラと、複数のコイルを有する回転磁界発生手段とを有するとともに、前記回転磁界発生手段を駆動するインバータと前記インバータを構成する複数のスイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を有し、前記制御手段は起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させ、制御手段は、起動時にインバータの出力周波数を所定値に設定し、前記インバータの出力周波数を時間で二回微分した値がほぼ一定になるように制御する電気湯沸かし器。
【請求項３】  液体を収容する容器と、容器内の液体を排出する電動ポンプと、前記電動ポンプの排出口に接続した導出経路とを有し、前記電動ポンプは永久磁石を有するインペラと、複数のコイルを有する回転磁界発生手段とを有するとともに、前記回転磁界発生手段を駆動するインバータと前記インバータを構成する複数のスイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を有し、前記制御手段は起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させ、制御手段は、起動時にインバータの出力周波数を所定値に設定し、その後、前記インバータの出力周波数を時間で二回微分した値がほぼ一定になるように増加させ、その後、前記インバータの出力周波数の増加速度をほぼ一定にして目標周波数まで増加させる電気湯沸かし器。
【請求項４】  回転磁界発生手段の有するコイルに印加する電圧を制御する印加電圧制御手段を有し、前記印加電圧制御手段は制御手段が設定するインバータの出力周波数に応じて回転磁界発生手段の印加電圧を設定する請求項１〜３いずれか１項に記載の電気湯沸かし器。
【請求項５】  制御手段は、起動時に回転磁界発生手段を構成するコイルの内、所定のコイルを一定時間通電する請求項１〜４いずれか１項に記載の電気湯沸かし器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルにより発生する回転磁界を受けて駆動するインペラを備えた電動ポンプを利用した電気湯沸かし器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気湯沸かし器の構成図を図１４に示す。図１４のように従来の電気湯沸かし器は、液体を収容する容器６１と、液体を器体外へ導出するガラス管等で作られた導出経路６２と、回路基板６３と電動ポンプ６４により構成されている。液体を導出経路６２を通して器体外へ排出する電動ポンプ６４は、直流モータ６５と、直流モータ６５の回転軸に直結した永久磁石６６と、非磁性の防水板６７と、インペラ６８と、インペラ６７に張り付けられた永久磁石６９を有し、永久磁石６６と永久磁石６９は防水板６７をはさんで磁気的に結合した構成になっている。また電動ポンプ６４は容器６１から液体を流入させる吸水口７０とインペラ６８の外周に設けられた出水口７１を備えている。
【０００３】
図１４を用いて従来の電気湯沸かし器の動作について説明する。使用者が出水動作を行うと、直流モータ６５に回路基板６３より直流電源が供給されて直流モータ６５の回転軸に直結した永久磁石６６を回転駆動する。永久磁石６９は前述の磁気的な結合により永久磁石６６に同期して回転するので、インペラ６８も回転する。これにより、吸水口７０より容器６１から流入してインペラ６８の周辺に存在した液体が出水口７１より導出経路６２を通って液体を容器外へ導出させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の電気湯沸かし器においては、直流モータなどの電動機の回転軸に永久磁石を直結し、この永久磁石により回転磁界を発生させるものであった。しかしながら、前記従来の電気湯沸かし器においては電動ポンプのモータ形状が大きいため、装置が大型化するという課題を有していた。また、これにより、容器の底部が高くなり、重心が高くなるので安定性が悪くなるという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記従来の電気湯沸かし器の課題を解決するもので、電動ポンプを小型化することでコンパクトな電気湯沸かし器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するために、本発明は、液体を収容する容器と、容器内の液体を排出する電動ポンプと、前記電動ポンプの排出口に接続した導出経路とを有し、前記電動ポンプは永久磁石を有するインペラと、複数のコイルを有する回転磁界発生手段とを有するとともに、前記回転磁界発生手段を駆動するインバータと前記インバータを構成する複数のスイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を有し、前記制御手段は起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させ、制御手段は、起動時にインバータの出力周波数を所定値に設定し、前記インバータの出力周波数の増加速度をほぼ一定にして目標周波数まで増加させるようにしたものであり、前記回転磁界発生手段の有するコイルによる磁界と、前記インペラの有する永久磁石の界磁により電磁力を発生するので、前記インペラを前記回転磁界発生手段の発生する回転磁界により回転駆動することができ、装置をコンパクトにすることができる。また、起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させることにより、前記インペラが前記回転磁界発生手段の発生する回転磁界に対し同期はずれを起こすことを防止できるので、性能の安定した電気湯沸かし器を実現できる。さらに、比較的簡単な制御で、前記インペラが前記回転磁界発生手段が発生する回転磁界に対し、同期はずれを起こして停止しないようにすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、液体を収容する容器と、容器内の液体を排出する電動ポンプと、前記電動ポンプの排出口に接続した導出経路とを有し、前記電動ポンプは永久磁石を有するインペラと、複数のコイルを有する回転磁界発生手段とを有するとともに、前記回転磁界発生手段を駆動するインバータと前記インバータを構成する複数のスイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を有し、前記制御手段は起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させ、制御手段は、起動時にインバータの出力周波数を所定値に設定し、前記インバータの出力周波数の増加速度をほぼ一定にして目標周波数まで増加させる電気湯沸かし器としたものであり、前記回転磁界発生手段の発生する回転磁界と、前記インペラの有する永久磁石の界磁による電磁力により回転力を発生するので、前記インペラを回転駆動することができ、装置をコンパクトにできる。また、起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させることにより、前記インペラが前記回転磁界発生手段の発生する回転磁界に対し同期はずれを起こして停止することを防止できる。
【０００８】
さらに、比較的簡単な制御で、前記インペラが前記回転磁界発生手段が発生する回転磁界に対し、同期はずれを起こして停止しないようにすることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、液体を収容する容器と、容器内の液体を排出する電動ポンプと、前記電動ポンプの排出口に接続した導出経路とを有し、前記電動ポンプは永久磁石を有するインペラと、複数のコイルを有する回転磁界発生手段とを有するとともに、前記回転磁界発生手段を駆動するインバータと前記インバータを構成する複数のスイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を有し、前記制御手段は起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させ、制御手段は、起動時にインバータの出力周波数を所定値に設定し、前記インバータの出力周波数を時間で二回微分した値がほぼ一定になるように制御するようにしたものであり、前記回転磁界発生手段の発生する回転磁界と、前記インペラの有する永久磁石の界磁による電磁力により回転力を発生するので、前記インペラを回転駆動することができ、装置をコンパクトにできる。また、起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させることにより、前記インペラが前記回転磁界発生手段の発生する回転磁界に対し同期はずれを起こして停止することを防止できる。さらに、起動開始時に前記インペラをより低速で回転させることにより、前記インペラの同期はずれを確実に防止するとともに、前記電動ポンプの目標流量に達するまでの時間を短くすることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、液体を収容する容器と、容器内の液体を排出する電動ポンプと、前記電動ポンプの排出口に接続した導出経路とを有し、前記電動ポンプは永久磁石を有するインペラと、複数のコイルを有する回転磁界発生手段とを有するとともに、前記回転磁界発生手段を駆動するインバータと前記インバータを構成する複数のスイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を有し、前記制御手段は起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させ、制御手段は、起動時にインバータの出力周波数を所定値に設定し、その後、前記インバータの出力周波数を時間で二回微分した値がほぼ一定になるように増加させ、その後、前記インバータの出力周波数の増加速度をほぼ一定にして目標周波数まで増加させるものであり、前記回転磁界発生手段の発生する回転磁界と、前記インペラの有する永久磁石の界磁による電磁力により回転力を発生するので、前記インペラを回転駆動することができ、装置をコンパクトにできる。また、起動時に前記インバータの出力周波数を連続的に増加させることにより、前記インペラが前記回転磁界発生手段の発生する回転磁界に対し同期はずれを起こして停止することを防止できる。さらに、起動開始時に前記インペラをより低速で回転駆動することにより、前記インペラの同期はずれを防止するとともに、速度増加中は比較的簡単な制御で前記インペラの同期はずれによる動作停止を防止できる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、上記請求項１〜３いずれか記載の発明において、前記回転磁界発生手段の有するコイルに印加する電圧を制御する印加電圧設定手段を有し、前記印加電圧設定手段は前記制御手段が設定する前記インバータの出力周波数に応じて前記回転磁界発生手段の印加電圧を設定するようにしたものであり、前記インバータの出力周波数が低いときに前記回転磁界発生手段を構成するコイルに流れる電流を少なくすることができ、装置の電源の小容量化を実現したり、前記コイルの発熱を防止することができる。また、起動時に前記コイルに流れる電流が大になることによる騒音を低減することもできる。
【００１２】
請求項５記載の発明は、上記請求項１〜４いずれか記載の発明において、前記制御手段は、起動時に前記回転磁界発生手段を構成するコイルの内、所定のコイルを一定時間通電するようにしたものであり、前記インペラを構成する永久磁石の位置を所定の位置に固定することができるので、前記インペラの起動時の同期はずれを防止するとともに、前記インペラが逆方向に回転することを防止することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
（実施例１）
図１は本発明の一実施例における電気湯沸かし器の構成図を示すものである。図１において容器１は、水などの液体を貯蔵しておくものである。電動ポンプ２は容器１の底面に配設されている。導出経路３は、例えばガラス管と樹脂製の結合ホースなどで構成されており、電動ポンプ２より排出される液体を容器１の外に排出する。
【００１４】
電動ポンプ２はインペラ４、インペラ４に埋め込まれた永久磁石５、コイル６と鉄心７により構成された回転磁界発生手段８、ポンプケース９により構成され、インペラ４と回転磁界発生手段８はポンプケース９をはさむように配設される。ポンプケース９は容器１の底面側に吸水口９ａを設け、インペラ４の外周上に出水口９ｂを設けるように構成されており、出水口９ｂは導出経路３を構成する結合ホースに接続している。また、吸水口９ａを含めたポンプケース９の上面部は着脱自在になっており、使用者がこの上面部を開けてインペラ４を着脱可能にしている。従って、ポンプケース９の内部に水垢が付着した場合でも、使用者がインペラ４を取り外して洗浄できるので、衛生的であり、水垢によるインペラ５とポンプケース９の摩擦の防止もできるので安定した性能を確保することができる。
【００１５】
インペラ４は四枚の羽と、ポンプケース９の上面すなわち出水口９ｂの中心に取り付けられたステンレス製の回転軸１０の外径よりも若干大きい内径の管を有しており、この管に回転軸１０を入れることで、インペラ４はこの回転軸１０を中心に回転自在に配設される。
【００１６】
永久磁石５は本実施例においてはフェライト磁石の４極で構成され、軸方向に界磁するようにしている。なお、図１では特に図示していないが、永久磁石５には磁気抵抗の少ない磁気回路を構成するために厚さ１ｍｍの鉄板で構成したヨークを取り付けている。なお、これは一例であり永久磁石５はフェイライト磁石に限定するものでもないし、極数も４極に限定するものではない。
【００１７】
回転磁界発生手段８はコイル６を三相のスター結線になるようすることで構成されている。本実施例ではコイル６は鉄心７のティース部に巻き付けられており、これにより磁気抵抗の小さい磁気回路を構成できるので、永久磁石５の磁束を通りやすくしている。
【００１８】
インバータ１１は図１では特に図示していないが、例えばトランジスタやＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング手段三つで三相半波の構成になるようにしており、コイル６に三相電力を供給することで、回転磁界発生手段８に回転磁界を発生させる。なお、インバータ１１の構成はこれに限定するものではなく、例えば三相全波の構成にしても良いし、二相にしても良いものである。
【００１９】
制御手段１２はマイクロコンピュータや論理回路、トランジスタなどで構成されたインバータ１１の駆動回路などで構成されており、インペラ４が所定の回転数になるように、インバータ１１を構成するスイッチング手段をオンオフ制御する。
【００２０】
ヒータ１３は、容器１内の液体を温めるもので、液体の温度により制御手段１２により温度調整をできるようにしているものである。
【００２１】
１４はプリント配線基板である。本実施例では、コイル６と鉄心７で構成される回転磁界発生手段８は、インバータ１１、制御手段１２とともにプリント配線基板１４上に設けている。これにより、装置の組立が簡単になり、組立コストなどの低くすることができる。
【００２２】
ただし、必ずしも回転磁界発生手段８がインバータ１１と同一のプリント配線基板に実装されることに限定するものではなく、例えば別々のプリント配線基板上に回転磁界発生手段８とインバータ１１を設けてもよく、また回転磁界発生手段８の入力端子にコネクタを設け、これによりインバータ１１が実装されたプリント配線基板に接続しても良い。
【００２３】
なお、図１においては特に図示していないが本実施例では出湯スイッチを使用者が押すと、制御手段１２がこれを検知し、電動ポンプ２を駆動して湯を出すようにしているが、これは一例であり、例えばボリューム式のものを用いても良いし、使用者の声を検知して、湯を出すようにしても良いものである。
【００２４】
なお、本実施例の電気湯沸かし器とは異なるが、沸騰浄水機能を有する電気湯沸かし器として、導出経路の一部を切り替えることにより、湯の排出と同一の電動ポンプを用いて、活性炭などに湯を当て、浄水作用を行わせることも可能であり、例えばそのような構成のものに本実施例の電動ポンプを使用していてもよい。
【００２５】
図２は、本実施例の電気湯沸かし器の回路ブロック図である。図２に示すように、交流電源２１に湯沸かしヒータ用２２とリレー２３からなる直列回路が接続している。また、交流電源２１は保温用ヒータ２４とダイオードブリッジ２５を介して電源回路２６に電力を供給している。電源回路２６は例えば専用のＩＣなどで構成され、マイクロコンピュータ２７およびインバータ１１を駆動する駆動回路２８用の電源として５Ｖの直流電源を供給するとともに、回転磁界発生手段８に三相電力を供給するための電源として７Ｖの直流電源を供給する。
【００２６】
回転磁界発生手段８はコイル８ａ、８ｂ、８ｃにより構成されている。図２に示すようにコイル８ａ〜８ｃの一方の端子は、電源回路の７Ｖの出力端子に接続し、もう一方の端子はそれぞれスイッチング手段１１ａ〜１１ｃに接続している。コイル８ａ〜８ｃそれぞれの両端にはスイッチング手段１１ａ〜１１ｃオフ時にコイルの電流を流すための回生電流用ダイオード２９ａ、２９ｂ、２９ｃが接続している。
【００２７】
インバータ１１は三つのスイッチング手段１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより三相半波で構成されている。これにより、六つのスイッチング手段を用いた三相全波の構成に比べ、スイッチング手段の数が半分になるので、低コストにすることができる。しかしながら、特にインバータ１１は三相半波の構成に限定するものではなく、三相全波の構成にしても良い。三相全波の場合はスイッチング手段の数が六つになりコストは高くなるが、三相半波に比べ効率が良くなるので、電源回路の容量を小さくしたり、スイッチング手段や回転磁界発生手段を構成するコイルの発熱を抑えることができる。スイッチング手段１１ａ〜１１ｃは本実施例においてはＭＯＳＦＥＴを使用している。ＭＯＳＦＥＴは電圧駆動型のスイッチング手段であり、小電流で駆動することができるので、電源回路２６の容量や、駆動回路２８の電流容量を小にすることができる。
【００２８】
マイクロコンピュータ２６は、スイッチング手段１１ａ、１１ｂ、１１ｃのオンオフ信号をインペラの速度が目標速度になるように、この速度に応じた周波数でオンオフ信号を駆動回路２８に出力する。つまり、本実施例においてはインペラの回転速度を検知する手段を設けずに、マイクロコンピュータより一方的にスイッチング手段１１ａ〜１１ｃをオンオフすることで、同期電動機として駆動しているものである。また、本実施例ではマイクロコンピュータ２６はインバータ１１を構成するスイッチング手段１１ａ〜１１ｃを制御するとともにリレー２３もオンオフ制御する。これにより、湯沸かし用ヒータ２２をオンオフ制御し、容器１内の液体の温度を調整する。
【００２９】
駆動回路２８はスイッチング手段１１ａ〜１１ｃそれぞれに対応した三つのトランジスタにより構成されている。マイクロコンピュータの出力信号をトランジスタにより電流増幅することでＭＯＳＦＥＴをオンオフする。しかしながら、これは一例であり、例えばスイッチング手段１１ａ〜１１ｃのオン時に必要な電流が微少であるなら、駆動回路２８を取り除いてマイクロコンピュータ２７より直接スイッチング手段１１ａ〜１１ｃを駆動しても構わない。この場合は駆動回路のコストおよび実装面積が必要なくなるので、低コスト化、実装面積の小型化ができる。
【００３０】
以上のように、インバータ１１の制御信号をマイクロコンピュータ２７より出力することで、ヒータ制御用のマイクロコンピュータと一体化することができるので、実装面積の小型化、低コスト化を実現できる。
【００３１】
図３は、インペラ４の回転数がＮ１の時のスイッチング手段１１ａ〜１１ｂのオンオフ状態を示すタイミングチャートである。図３に示すように、マイクロコンピュータ２７からの信号によってスイッチング手段１１ａはｔ１からｔ２の期間でオンとなり、スイッチング手段１１ｂはｔ２からｔ３の期間でオンとなり、スイッチング手段ｃはｔ３からｔ４の期間がオンとなる。つまり、スイッチング手段１１ａ〜１１ｃはそれぞれ一周期の三分の一の期間オンするものであり、これによりスイッチング手段１１ａ〜１１ｃそれぞれに対応したコイル６ａ〜６ｃが通電されるのでスイッチング手段１１ａ〜１１ｃの出力周波数の回転磁界を発生する。なお、マイクロコンピュータ２７には予めタイマが設けられており、このタイマにより所定時間経過毎に順次スイッチング手段１１ａ〜１１ｃをオンオフ制御するようにしている。ただし、これは一例であり、マイクロコンピュータ内のタイマを用いずに、例えば外部にＥＰＲＯＭなどを設け、その論理出力を利用して、スイッチング手段１１ａ〜１１ｃをオンオフ制御しても良い。
【００３２】
図４は回転磁界発生手段８の構成を上面から示したものである。鉄心には六つのティース部が円周上に等間隔に設けられており、各ティース部にコイル４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆが集中巻の構成で巻きつけられている。鉄心の中央部には穴が開けられており、ここにネジを通すことで鉄心をプリント配線基板に固定している。なお、これは一例であり、ティース部を設けない空芯の構成にしてもよいし、プリント配線基板上にコイルをパターン化してもよい。また、６スロットの構成ではなくて３スロットの構成にしても良いし、三相の構成に限定するものでもない。
【００３３】
図５は実施例１におけるコイルの配線図である。黒丸はコイルの極性を表し、電流がコイルの黒丸側から流れた場合にそのコイルがＮ極となる。よって、例えばコイル４０ａの黒丸側から電流が流れた場合、コイル４０ａとコイル４０ｄがＮ極となり、その他のコイル４０ｂ、４０ｃ、４０ｅ、コイル４０ｆには電流は流れていない。従って、コイル４０ａ〜４０ｆを順番にオンオフ制御することで回転磁界を発生することができる。
このような構成により、一つのコイルの幅の電気角が１２０度となる集中巻きの構成となることから、コイルエンドが短く、よってコイル１７の電気抵抗が小となって銅損が減少するとともに、組み立ての工数も低減できるという優れた効果を発揮するものであるが、特に本実施例の構成に限定されるものではなく、分布巻きや、電気角で１９０度のコイル幅を有するような、重なり（オーバラップ）を有するコイル構成であってもよい。
【００３４】
図６は起動時からのインペラ４の目標回転数を示すタイムチャートである。このタイムチャートは本実施例おいては、マイクロコンピュータ内に記憶されており、このタイムチャートに基づいて、所定の出力周波数になるようにインバータ１１を制御するものである。ここで図４を用いて動作を説明する。使用者が電気湯沸かし器に設けられた出湯スイッチを押すと、これをマイクロコンピュータ２７が検知し、ｔ１において回転数Ｎ１［ｒｐｍ］に応じた出力周波数でスイッチング手段１１ａ〜１１ｃをオンオフ制御する。本実施例においては、永久磁石５を４極の構成にしているので、スイッチング手段１１ａ〜１１ｃの周波数ｆ１は次の式で求まる。
【００３５】
ｆ１＝Ｎ１／（２×６０）
なお、一つのスイッチング手段のオン期間は、図３に示したように、本実施例ではインバータ１１の出力周期の三分の一になる。
【００３６】
その後、時間が経過してｔ２になるとマイクロコンピュータ２７は回転数Ｎ２［ｒｐｍ］に応じた出力周波数でスイッチング手段１１ａ〜１１ｂをオンオフ制御する。さらにｔ３になるとマイクロコンピュータ２７は回転数Ｎ３［ｒｐｍ］に応じた出力周波数でスイッチング手段１１ａ〜１１ｃをオンオフ制御する。
【００３７】
以上のようにマイクロコンピュータ２７によりインバータ１１の出力周波数を起動時から徐々に増加させることにより、急峻な速度変動がなくなるので、インペラ４の立ち上げ時にトルクを必要とする場合においても一つのコイルを通電する期間が長いのでインペラ４を確実に起動することができ、同期はずれを防止できる。
【００３８】
（実施例２）
図７は本発明の請求項１の一実施例である電気湯沸かし器を構成するインペラ４の回転数立ち上げ時の回転数のタイムチャートである。図７（ａ）はインペラ４の回転数のタイムチャートを示している。このタイムチャートは図７（ａ）に示したように時間に比例して回転数が目標回転数Ｎｍａｘまで上昇していくようになっている。図７（ｂ）はインペラ４の加速度のタイムチャートを示している。図７（ｂ）のように、ｔ１〜ｔ２の期間は加速度が一定値ａ１になるようにしている。なお、電気湯沸かし器の構成および回路システム構成については図１、図２と同様である。
【００３９】
図７を用いて動作について説明する。使用者が電気湯沸かし器に設けられた出湯スイッチを押すと、これをマイクロコンピュータ２７が検知し、ｔ１において起動を開始する。その後起動開始時間ｔ１からの経過時間Δｔと加速度ａ１による回転数Ｎ＝ａ１×Δｔに応じてインバータ１１の出力周波数を制御する。これにより簡単な一次関数の式で起動時よりインペラ４の回転数を設定できるので、マイクロコンピュータ２７の処理性能が悪くても、短時間で回転数を設定できる。従って余分なメモリを要することなくインペラ４を確実に起動できる。
【００４０】
しかしながら、これは一例であり、十分にメモリを有するマイクロコンピュータであるならば、このメモリ内にｔ１〜ｔ２期間のスイッチング手段１１ａ〜１１ｃのオンオフ状態のテーブルを記憶しておいても構わないし、外部メモリを用いても構わないものである。この場合は、マイクロコンピュータ２７はタイマにより起動時間ｔ１からの経過時間Δｔを検知するだけでよいので、前述した一次関数を用いる場合よりも処理速度を遅くすることができる。
【００４１】
（実施例３）
図８は本発明の請求項２の一実施例である電気湯沸かし器を構成するインペラの回転数立ち上げ時の回転数のタイムチャートである。図８（ａ）はインペラ４の回転数のタイムチャートを示している。図８（ｂ）はインペラ４の加速度のタイムチャートを示している。図８（ｂ）に示したように本実施例では時間に比例して加速度が増加し、この加速度に基づいてインペラの回転数が設定されている。従って、インペラ４の回転数の時間に対して二回微分した値が徐々に増加しているものである。なお、電気湯沸かし器の構成および回路システム構成については図１，図２と同様である。
【００４２】
図８を用いて本実施例の動作について説明する。使用者が電気湯沸かし器に設けられた出湯スイッチを押すと、これをマイクロコンピュータ２７が検知し、ｔ１において起動を開始する。その後起動開始時間ｔ１からの経過時間Δｔと加速度の変化量Δａより加速度ａがａ＝Δａ×Δｔで設定される。この加速度ａと経過時間Δｔによって回転数Ｎ＝ａ×Δｔに応じてインバータ１１の出力周波数を制御する。
【００４３】
以上のように、時間の二乗に比例してインペラ４の回転数を増加させるようにインバータ１１の出力周波数を制御することにより、インペラ４の起動直後はインバータ１１の出力周波数を低周波数にすることで確実にインペラ４を起動し、その後は短時間で目標回転数Ｎｍａｘまでインペラ４の回転数を増加させることができる。
【００４４】
（実施例４）
図９は本発明の請求項３の一実施例である電気湯沸かし器を構成するインペラの回転数立ち上げ時の回転数のタイムチャートである。図９（ａ）はインペラ４の回転数のタイムチャートを示している。図９（ｂ）はインペラ４の加速度のタイムチャートを示している。図９（ｂ）に示したように、本実施例ではこのタイムチャートでは起動から所定時間の間は加速度を増加させながらインペラ４の回転数を設定し、その後は目標回転数に達するまで加速度を一定にしてインペラ４の回転数を設定していくものである。なお、電気湯沸かし器の構成および回路システム構成については図１，図２と同様である。
【００４５】
図９を用いて、本実施例の動作を説明する。使用者が、電気湯沸かし器に設けられた出湯スイッチを押すと、これをマイクロコンピュータ２７が検知し、ｔ１において起動を開始する。その後起動開始時間ｔ１からの経過時間Δｔと加速度の変化量Δａより加速度ａがａ＝Δａ×Δｔで設定される。この加速度ａと経過時間Δｔによって回転数Ｎ＝ａ×Δｔに応じてインバータ１１の出力周波数を制御する。その後ｔ２になるとマイクロコンピュータ２７は加速度を設定値ａ１で一定にして、インペラ４の回転数を設定する。マイクロコンピュータ２７はこの設定回転数に応じてインバータ１１の出力周波数を制御する。
【００４６】
以上のように、起動時から所定時間の間は時間の二乗に比例してインペラ４の回転数を増加させるようにインバータ１１の出力周波数を制御し、その後一定の加速度でインペラ４の回転数を増加させることで、インペラ４の起動直後はインバータ１１の出力周波数を低周波数にすることで確実にインペラ４を起動し、その後のインペラ４の回転数増加時も急峻な立ち上げを防止するので、目標回転数Ｎｍａｘになるまでにインペラ４が同期はずれになることを防止できる。特に、回転磁界発生手段８を構成するコイル８ａ〜８ｃのインダクタンスが大であるような銅機械の場合は、インペラ４の起動直後は加速するためにトルクを必要とすることから、わずかな加速で同期はずれをおこすことがあるが、本実施例においては、起動直後は加速度を小さくしているので同期はずれを防止することができる。
【００４７】
（実施例５）
図１０は本発明の請求項４の一実施例である電気湯沸かし器の回路システム構成である。図８に示したように、印加電圧制御手段４１は、パワートランジスタとコイルとコンデンサを用いて降圧チョッパ回路の構成にしており、電源回路の７Ｖ電源電圧をうけて、回転磁界発生手段およびインバータ１１に所望の直流電圧を供給している。
【００４８】
マイクロコンピュータ４２はインバータ１１を構成するスイッチング手段１１ａ〜１１ｃのオンオフ制御と、リレー２２のオンオフ制御とともに、前記パワートランジスタのオンオフ制御も行っている。従って、マイクロコンピュータ４２は印加電圧制御手段８１とインバータ１１の出力周波数をともに制御することになるので、容易にインバータ１１の出力周波数に応じた印加電圧を制御することができる。
【００４９】
なお、本実施例は一例であり、印加電圧制御手段４１はこれに限定するものではなく、例えばスイッチング手段１１ａ〜１１ｃを高周波でオンオフすることにより、コイル８ａ〜８ｃの通電比を制御しても良いし、昇圧チョッパ回路の構成にしてもよい。高周波でスイッチング手段１１ａ〜１１ｃをオンオフ制御する場合は、前述した降圧チョッパ回路と同等の作用を有することになる。この場合、降圧チョッパ回路を設ける必要がないので実装面積を小さくすることができる。本実施例では、ＭＯＳＦＥＴを使用しており、高周波のオンオフ制御にも対応することができる。昇圧チョッパ回路の場合はインペラ４の回転数範囲を広げることができるので、流量が同じであるならばインペラ４の羽の形状を小さくすることができ、電動ポンプ３の小型化を実現できる。
【００５０】
図１１は本実施例のインペラ４の回転数と印加電圧制御手段４１が供給する電源電圧の関係を示している。回転数が０ｒｐｍにおいて電源電圧はＶｍｉｎになるように設定し、その後回転数に比例して電源電圧が増加するように制御されている。インペラ４の回転数が最大のＮｍａｘにおいては、電源電圧はＶｍａｘになるようにしている。この時、ＶｍａｘはＮｍａｘにおける回転磁界発生手段８に生じる逆起電力より大きくしておく必要がある。また、電源電圧の回転数に対する変化率を、インペラ４の回転中にコイル８に発生する逆起電力の変化率とほぼ同等にすることで、常に一定の電流をコイル８ａ〜８ｃに供給することができる。これによりインペラ４の起動から目標回転数まで必要なトルクだけ駆動することができるので、低速時にコイルに流れる電流が課題になることを防止でき、コイルの発熱やスイッチング手段の故障を防止したり、騒音低減を実現することができる。
【００５１】
（実施例６）
図１２は本発明の請求項５の一実施例である電気湯沸かし器を構成する電動ポンプ１４の起動時のフローチャートである。その他の構成については図１、図２と同様である。
【００５２】
以下、図１２を用いて本実施例の電気湯沸かし器の動作を説明する。ステップ５１で使用者が出湯スイッチをオンすると、マイクロコンピュータ２７がこれを検知し、ステップ５２でスイッチング手段１１ａを所定期間Ｔ１の間オンする。その後、ステップ５３で図７で示したタイムチャートでインバータ１１の出力周波数を制御して目標回転数Ｎｍａｘまで駆動する。
【００５３】
図１３は電動ポンプ１４の起動直後のスイッチング手段１１ａ〜１１ｃのオンオフ状態を示すタイミングチャートである。（ａ）はスイッチング手段１１ａのオンオフ状態を示している。（ｂ）はスイッチング手段１１ｂのオンオフ状態を示している。（ｃ）はスイッチング手段１１ｃのオンオフ状態を示している。
【００５４】
図１２および図１３を用いて動作を説明する。図１２のステップ５１で使用者が出湯スイッチを押すとマイクロコンピュータ２７がこれを検知し、図１１のｔ１よりスイッチング手段１１ａをオンし、コイル８ａを通電する。その後所定期間Ｔ１を経過すると、図１３のｔ２より、図のタイムチャートに基づいて、スイッチング手段１１ａ〜１１ｂを順番にオンオフ制御する。これにより、回転磁界発生手段８に回転磁界が発生し、永久磁石の界磁と作用してインペラ４が回転駆動する。
【００５５】
以上のように、電動ポンプの起動時に所定のスイッチング手段を一定期間オンすることで、所定のコイルが通電され、このコイルが発生する磁界によりインペラ４の有する永久磁石が吸引されるので、永久磁石と回転磁界発生手段の相対的な位置か確実に固定することができる。従って永久磁石の位置がわかるので、回転方向が反転しないように最初に通電するコイルを決定することができるので、電動ポンプを確実に立ち上げることができる。
【００５６】
なお、実施例１〜６においては、いずれも永久磁石の界磁方向をインペラ４の回転軸方向にするいわゆるアキシャルギャップ構成の電動ポンプについて述べてきたが、電動ポンプの構成はこれに限定するものではなく、例えば、インペラに埋め込まれた永久磁石の界磁方向をインペラの回転軸と垂直方向にするとともに、コイルに対して水平な位置に配置するとともにコイル１７の外側を回転するように構成したアウターローター形にしてもよい。この場合はインペラに設けられた永久磁石と回転磁界発生手段を構成する鉄心により軸方向に吸引力が働くことを防止できるのでインペラ先端部とポンプケース部の摩擦を低減でき、電動ポンプの耐久性を向上することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、回転磁界発生手段の発生する回転磁界と、インペラの有する永久磁石の界磁による電磁力により回転力を発生するので、インペラを回転駆動することができ、装置をコンパクトにできる。また、起動時にインバータの出力周波数を連続的に増加させることにより、インペラが回転磁界発生手段の発生する回転磁界に対し同期はずれを起こして停止することを防止できる。
【００５８】
また、比較的簡単な制御で、インペラが前記回転磁界発生手段が発生する回転磁界に対し、同期はずれを起こして停止しないようにすることができる。
【００５９】
また請求項２記載の発明によれば、起動開始時にインペラをより低速で回転させることにより、インペラの同期はずれを確実に防止するとともに、電動ポンプの目標流量に達するまでの時間を短くすることができる。
【００６０】
請求項３記載の発明によれば、起動開始時にインペラをより低速で回転駆動することにより、インペラの同期はずれを防止するとともに、速度増加中は比較的簡単な制御でインペラの同期はずれによる動作停止を防止できる。
【００６１】
請求項４記載の発明によれば、インバータの出力周波数が低いときに回転磁界発生手段を構成するコイルに流れる電流を少なくすることができ、装置の電源の小容量化を実現したり、コイルの発熱を防止することができる。また、起動時にコイルに流れる電流が大になることによる騒音を低減することもできる。
【００６２】
請求項５記載の発明によれば、インペラを構成する永久磁石の位置を所定の位置に固定することができるので、インペラの起動時の同期はずれを防止するとともに、インペラが逆方向に回転することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施例を示す電気湯沸かし器の構成図
【図２】
同、電気湯沸かし器の回路システム構成図
【図３】
同、電気湯沸かし器のインバータのタイミングチャート
【図４】
同、電気湯沸かし器の回転磁界発生手段の構成図
【図５】
同、電気湯沸かし器の回転磁界発生手段を構成するコイルの結線図
【図６】
請求項１記載の発明の一実施例を示す電気湯沸かし器における電動ポンプの起動タイムチャート
【図７】
請求項１記載の発明の一実施例を示す電気湯沸かし器における電動ポンプの起動タイムチャート
【図８】
請求項２記載の発明の一実施例を示す電気湯沸かし器における電動ポンプの起動タイムチャート
【図９】
請求項３記載の発明の一実施例を示す電気湯沸かし器における電動ポンプの起動タイムチャート
【図１０】
請求項４記載の発明の一実施例を示す電気湯沸かし器の回路システム構成図
【図１１】
同、電気湯沸かし器を構成する印加電圧制御手段の出力電圧とインペラの回転数の関係グラフ
【図１２】
請求項５記載の発明の一実施例を示す電気湯沸かし器における電動ポンプの起動フローチャート
【図１３】
同、電気湯沸かし器における電動ポンプを駆動するインバータのタイミングチャート
【図１４】
従来の電気湯沸かし器の構成図
【符号の説明】
１    容器
２    電動ポンプ
３    導出経路
４    インペラ
５    永久磁石
６    コイル
７    鉄心
８    回転磁界発生手段
９    ポンプケース
９ａ  吸水口
９ｂ  出水口
１０  回転軸
１１  インバータ
１２  制御手段
１３  ヒータ
１４  プリント配線基板